JP2009229676A - 眼鏡型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞳孔の瞳分割によってシースルーした外界像と重畳して電子像を視野内の任意の位置に広い視野角で表示可能で、眼を傷つける恐れのない眼鏡型画像表示装置。
【解決手段】表示バー１０の先端の接眼窓４中央を通る垂直断面内で、眼鏡レンズ２０Ｒの周縁の上端のレンズ枠２１ＲＵの後端と下端のレンズ枠２１ＲＬの後端を結ぶ直線Ｌと眼鏡レンズ２０Ｒの後面の間に空間内に表示バー１０の先端が配置されており、表示バー１０は、中空の筒部材あるいはロッド状の透明部材を備え、その筒部材等の後端から入射した表示光を長手方向に導いてその先端に導く光路を形成するものであり、筒部材等の先端には反射部材が配置され、筒部材等はその先端に反射部材で光路が略直角方向に曲げられた表示光を観察者眼球に投影する接眼窓４を備えており、接眼窓近傍又は筒部材等の後端から先端に至る光路中に接眼光学系を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、眼鏡型画像表示装置に関し、特に、瞳孔の瞳分割によってシースルーした外界像と重畳して電子像を表示可能な眼鏡型画像表示装置に関するものである。

本出願人は、特許文献１において、シーアラウンドさらにはシースルー機構を有しながらも小型・軽量で、外界視界が大きく、低消費電力で電子像の輝度が高く、使いやすい頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ）を提案している。

この画像表示装置は、接眼窓、好ましくはさらにその保持部を構成する部材の使用者の視軸方向への投影断面の幅を、人間の平均的な瞳孔径（４ｍｍ）よりも細くすることで、瞳（瞳孔）分割により、装置を視野内に配置しても外界を完全に遮ることがなく、シースルー効果が得られるもので、しかも、ハーハーフミラーを使用しておらず、光量のロスがないため、明るい電子画像を観察できるものである。

図１はこの接眼窓保持部２の代表的なものの斜視図、図２はその平面図である。接眼窓保持部２は断面長方形状の中空の筒部材あるいはロッド状の透明部材からなり、その筒部材あるいは透明部材の後端に配置した表示パネル３からの表示光をその中を光路とし先端に導き、先端に配置された反射部材６で光路を接眼窓保持部２の略直角方向に曲げ、接眼窓保持部２の先端側面の接眼窓４に配置された接眼レンズ５を介して眼球に投影することにより、観察者は表示パネル３の虚像である空中像を拡大観察することができるものである。

図３はこのような画像表示装置を観察者が装着したときの接眼窓保持部２の先端部と眼球Ｅの位置関係を示す正面図（ａ）と斜視図（ｂ）であり、眼球Ｅ正面に配置される接眼２窓保持部２の幅を瞳孔Ｐの径より小さくすることで、眼球Ｅの瞳孔Ｐを瞳分割して、接眼窓保持部２がかからない瞳孔部分を通して外界像を、接眼窓保持部２の接眼窓４がかかる瞳孔部分を通して表示パネル３の表示画像を相互に重畳させて見えるようにしている。

なお、接眼窓保持部２の先端側面の接眼窓４に接眼レンズ５を配置する代わりに、図４に示すように、接眼窓保持部２の先端の反射部材６と後端の問に接眼レンズ５の作用をする正屈折力の屈折率分布型レンズ７を内蔵させるようにすることもできる。

ところで、このような接眼窓保持部２を図３に示すように眼球Ｅに直接面して配置すると、接眼窓保持部２の先端の接眼窓４が眼球Ｅに接触して眼を傷つけることが発生し、危険である。

そこで、このような危険を避けるために、接眼窓保持部２を眼鏡レンズの外側あるいは眼鏡レンズ周囲のレンズ取り付け枠に取り付けて、このような危険性を排除するようにしている。図５は、サングラスタイプの眼鏡の眼鏡レンズの外側に接眼窓保持部２を取り付けて眼鏡レンズを通して外界をシースルーしながら画像表示を可能にしている例を示す前ら右側の眼鏡レンズ２０Ｒの前方に突出するようにレンズ枠２１Ｒに取り付けられている。

他方、特許文献２においては、眼鏡の眼鏡レンズ中に視線に略４５゜をなすハーフミラー等を埋め込み、眼鏡レンズ周辺部から眼鏡レンズ中の光路を通ってハーフミラーに達した表示光をそのハーフミラーで視線方向へ反射させて、観察者眼球に表示パネルの拡大画像を投影すると共に、ハーフミラーを透過した外界像を表示パネルの表示画像に重畳させて観察可能にした眼鏡型画像表示装置が提案されている。
特開２００６−３８７９号公報 米国特許第５，８８６，８２２号明細書

特許文献１記載のもので、眼鏡レンズの外側に接眼窓保持部２を取り付けるものは、眼球Ｅから少なくとも眼鏡レンズの厚さ分余分に離れるため、視野角が小さくなる。また、眼鏡レンズ周囲のレンズ取り付け枠に取り付けたものは、シースルーの外界像と重畳して表示画像を表示することはできない。

さらに、接眼窓保持部２の太さは、好ましくは４ｍｍ以下にする必要があり、かつ、電子像を視界の中で視認しやすい位置に表示するために、接眼窓保持部２は長さに比べて大変細くなり、物理的強度が弱く、破損しやすい。また、第三者から見て「きゃしゃ」な印象を与え違和感の助長につながる。

さらに、外界が明るいと電子像が見づらくなる。ハーフミラーを用いたシースルー型ＨＭＤは、ハーフミラーの透過と反射の比率を変更することで、外界の明るさに強いHMD を設計することができるか、特許文献１記載のものではそのようなコントロールができない。

また、特許文献２記載のものは、ハーフミラーを用いて外界像と電子像を重畳させるため、電子像の光の利用効率が落ちる。さらに、ハーフミラーを全て眼鏡レンズの中に埋め込んでおり、特許文献１記載のもののように瞳分割によって外界像をシースルーするようになっていないため、眼鏡レンズは一般の眼鏡レンズに比べて厚いものとなる。それに伴って眼鏡の重量が大きくなる。

さらに、眼鏡レンズの厚み増加によりファッション性が低下する。さらに、眼鏡レンズ内に表示光を通すため、眼鏡レンズの前面、後面に曲率を付けることができない。したがって、ハーフミラー等を埋め込んだ眼鏡レンズを観察者眼球の視度に応じて近視や遠視の調整をすることはできない。また、前面、後面に曲率の付いていない眼鏡レンズ（屈折力のない眼鏡レンズ）であっても、視野の周辺程非点収差が発生し像がぼける、湾曲して見える等の不具合がある。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察者瞳孔の瞳分割によってシースルーした外界像と重畳して電子像を視野内の任意の位置に表示可能な眼鏡型画像表示装置であって、広い視野角で表示可能でありながら、そのような画像表示装置を内蔵していることが目立たず、かつ、装着者の眼を傷つける恐れのない眼鏡型画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の第１の眼鏡型画像表示装置は、少なくとも左右の一方の眼鏡レンズを備え、前記眼鏡レンズの周縁の上端と下端の少なくとも一方にレンズ枠を備え、前記眼鏡レンズの後面側に表示光を観察者眼球に投影する接眼窓が配置されており、前記接眼窓の光軸を含む垂直面内で、前記眼鏡レンズの周縁の上端のレンズ枠の後端と下端のレンズ枠の後端を結ぶ直線と前記眼鏡レンズの後面の間の空間、あるいは、前記眼鏡レンズのレンズ枠を備えない上端又は下端とレンズ枠を備えた下端又は上端のレンズ枠の後端を結ぶ直線と前記眼鏡レンズの後面の間の空間内に前記接眼窓が配置されていることを特徴とするものである。

この場合に、前接眼窓の使用者の視軸方向への投影断面の幅が４ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明の第２の眼鏡型画像表示装置は、少なくとも左右の一方の眼鏡レンズと、左右の鼻当てとを備え、前記左右の鼻当ての対称面から３２．５ｍｍ離れ、かつ、前期対称面に平行な面と、前記対称面に平行な凌を持ち、かつ、前記眼鏡レンズに外接する直方体を上下に二等分する平面との交線上の、前記眼鏡レンズの後面から２５ｍｍ離れた点を中心にして半径が１３ｍｍの球面と前記眼鏡レンズの後面の間に形成される空間内であって、前記左右の鼻当ての上下の中心を通り前記直方体の後面に垂直な平面より上方の位置に、表示光を観察者眼球に投影する接眼窓が配置されていることを特徴とすることを特徴とするものである。

これらの場合、前記接眼窓は表示バーの先端に配置されており、前記表示バーは、中空の筒部材あるいはロッド状の透明部材を備え、前記筒部材あるいは透明部材はその後端から入射した表示光を長手方向に導いてその先端に導く光路を形成するものであり、前記筒部材あるいは透明部材の先端近傍には反射部材が配置され、かつ、前記筒部材あるいは透明部材の先端には前記反射部材で光路が曲げられた表示光を観察者眼球に投影する接眼窓を備えており、前記接眼窓近傍又は前記筒部材あるいは透明部材の後端から先端に至る光路中に接眼光学系を備えていることが望ましい。

この場合、前記左右の鼻当ての対称面から３２．５ｍｍ離れ、かつ、前期対称面に平行な面と、前記対称面に平行な凌を持ち、かつ、前記眼鏡レンズに外接する直方体を上下に二等分する平面との交線上の、前記眼鏡レンズの後面から２５ｍｍ離れた点を中心にして半径が１５ｍｍの球面と前記眼鏡レンズの後面の間に形成される空間内に、前記表示バーの接眼窓を備えた先端が配置されていることが望ましい。

また、前記表示バーの使用者の視軸方向への投影断面の幅が４ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明によると、観察者瞳孔の瞳分割によってシースルーした外界像と重畳して電子像を視野内の任意の位置に観察者の眼幅等に適合させて、広い視野角で表示可能でありながら、そのような画像表示装置を内蔵していることが目立たず、かつ、装着者の眼を傷つける恐れのない眼鏡型画像表示装置を提供することができる。

例えば、表示バーの先端が、眼球に接触して傷つけることはなく、安全性の高いものである。そして、表示バーと瞳孔の距離を短くすることができ、視野角が大きくなる。また、表示バーに指等が引っ掛かることもなく、また、表示バー全体が眼鏡レンズの背後に配置されるため第三者からみた違和感が少ない。また、サングラスのように眼鏡レンズの透過率を落とすことで外界像のみを暗くでき、電子映像は暗くならない。そのため、明るい環境下でも視認性を高めた眼鏡型画像表示装置を自由に設計できる。また、眼鏡レンズは一般の眼鏡レンズと同じものが使える。

以下、本発明の眼鏡型画像表示装置を実施例に基づいて説明する。

本発明の眼鏡型画像表示装置は、特許文献１で提案された接眼窓４を眼鏡の眼鏡レンズ内側（眼球側）に取り付け、その接眼窓４が眼球に接触して眼を傷つける恐れがなく、かつ、接眼窓４が眼球に近づいた分だけ視野角を広げることができるようにするものである。本発明の眼鏡型画像表示装置の説明のために、図１〜図４を参照にして、この接眼窓４とそれを保持する接眼窓保持部２等について、再度説明する。

図１はこの接眼窓保持部２の代表的なものの斜視図、図２はその平面図である。接眼窓保持部２は断面長方形状の中空の筒部材あるいは四角柱状の透明部材からなり、その筒部材あるいは透明部材の後端に配置した表示パネル３からの表示光をその中を光路とし先端に導き、先端に配置された反射部材６で光路を接眼窓保持部２の略直角方向に曲げ、接眼窓保持部２の先端側面の接眼窓４に配置された接眼レンズ５を介して眼球に投影することにより、観察者は表示パネル３の虚像である空中像を拡大観察することができるものである。

図３はこのような画像表示装置を観察者が装着したときの接眼窓保持部２の先端部と眼球Ｅの位置関係を示す正面図（ａ）と斜視図（ｂ）であり、眼球Ｅ正面に配置される接眼窓部４、さらに好ましくは接眼窓保持部２の幅を瞳孔Ｐの径より小さくすることで、眼球Ｅの瞳孔Ｐを瞳分割して、接眼窓保持部２がかからない瞳孔部分を通して外界像を、接眼窓保持部２の接眼窓４がかかる瞳孔部分を通して表示パネル３の表示画像を相互に重畳させて見えるようにしている。

なお、接眼窓保持部２の先端側面の接眼窓４に接眼レンズ５を配置する代わりに、図４に示すように、接眼窓保持部２の先端の反射部材６と後端の間に接眼レンズ５の作用をする正屈折力の屈折率分布型レンズ７を内蔵させるようにすることもできる。

ここで、表示パネル３は筒部材あるいは透明部材の後端に配置される必要は必ずしもなく、その後端から離れた位置に配置した表示パネル３の表示像をミラー、リレーレンズ系、光ファイバーイメージガイド等の光学系により２次像として筒部材あるいは透明部材の後端位置に伝達するようにしてもよい。

したがって、本発明では、図１、図４の表示パネル３を除いた接眼窓保持部２の構成、すなわち、表示パネル３からの表示光を長手方向に導く光路を形成する中空の筒部材あるいは柱状の透明部材からなり、観察者眼球Ｅへの投影断面の幅が４ｍｍ以下である長手方向光路形成部材を構成する接眼窓保持部２と、その先端に配置された反射部材６と、反射部材６で光路が略直角方向に曲げられ、表示光を観察者眼球Ｅに投影する接眼窓４とからなり、接眼窓４近傍あるいは長手方向光路形成部材中に接眼光学系（接眼レンズ５、屈折率分布型レンズ７）が配置されたものを表示バー１０と呼ぶことにして説明する。

さて、本発明の眼鏡型画像表示装置の第１のタイプの基本構成を図６を参照にして説明する。図６（ａ）、（ｂ）は何れも本発明の眼鏡型画像表示装置を観察者顔面Ｆに装着した場合の右眼ＥＲの瞳孔中心を通り、表示バー１０の接眼窓４中央を通る垂直断面図であり、図中、Ｎは観察者の鼻、２０Ｒは眼鏡の右眼鏡レンズ、２１ＲＵは右側の上部レンズ枠、２１ＲＬは右側の下部レンズ枠である。図６（ａ）の場合は、眼鏡レンズ２０Ｒの上下にレンズ枠２１ＲＵ、２１ＲＬがある眼鏡であり、図６（ｂ）の場合は、眼鏡レンズ２０Ｒの下にのみレンズ枠２１ＲＬがある場合である。なお、図示しないが、眼鏡レンズ２０Ｒの上にのみレンズ枠２１ＲＵがある場合も図６（ｂ）の場合と同様である。何れの場合も、レンズ枠２１ＲＵ、２１ＲＬは眼鏡レンズ２０Ｒ周縁から後方（観察者顔面Ｆ側）に突出しているため、眼球ＥＲの瞳孔中心を通り、表示バー１０の接眼窓４中央を通る垂直断面内で、右側の上部レンズ枠２１ＲＵの後端と下部レンズ枠２１ＲＬの後端とを結ぶ直線Ｌ（図６（ａ））、あるいは、眼鏡レンズ２０Ｒの周縁の上端（下端）と下部レンズ枠２１ＲＬ（上部レンズ枠２１ＲＵ）の後端とを結ぶ直線Ｌ（図６（ｂ））と眼鏡レンズ２０Ｒの後面（裏面）の間に空間が形成される。本発明においては、この空間内に表示バー１０の先端部の表示窓４を配置することで、表示窓４を観察者眼球ＥＲに出来るだけ近づけ、表示バー１０で表示する電子像の視野角をより広げる。そして、この空間内に表示窓４を配置することで、眼球ＥＲに表示窓４の先端が接触して眼を傷つけることを防止するものである。さらに、表示バー１０が眼鏡レンズ２０Ｒの内側（後側）に位置することでその眼鏡が表示バー１０を内蔵していることを第三者に目立たないようにしている。また、眼鏡レンズ２０Ｒをサングラスにして透過率を落としても電子像の明るさには影響せず、見づらくなることがない。

このような第１のタイプの本発明の眼鏡型画像表示装置の１実施例を図７〜図９に示す。図７はその実施例の眼鏡型画像表示装置の平面図、図８はその眼鏡型画像表示装置の前方から見た斜視図、図９は後方から見た斜視図である。ただし、図７は一部断面図として示してある。

この眼鏡型画像表示装置は通常の眼鏡と同様に、左右の眼鏡レンズ２０Ｌ、２０Ｒを備え、左右の眼鏡レンズ２０Ｌ、２０Ｒを保持するレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒ、左右のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒを繋ぐブリッジ２２、左右のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒのブリッジ２２とは反対側に一体に設けられたテンプル取り付け部２３Ｌ、２３Ｒ、左右のテンプル取り付け部２３Ｌ、２３Ｒにそれぞれ蝶番２５Ｌ、２５Ｒを介して折り畳み自在に取り付けられたテンプル２４Ｌ、２４Ｒ、ブリッジ２２近傍のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒに設けられた左右の鼻当て２６Ｌ、２６Ｒを備えて構成されている。そして、この眼鏡型画像表示装置においては、左右のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒはそれぞれ上部レンズ枠２１ＬＵ、２１ＲＵ、下部レンズ枠２１ＬＬ、２１ＲＬが眼鏡レンズ２０Ｌ、２０Ｒ周縁から後方（観察者顔面Ｆ側）に突出してアイカップ状の形状をしている。

そして、本発明に基づき、図１のような表示バー１０が右の眼鏡レンズ２０Ｒの内側（後側）に眼鏡レンズ２０Ｒに近接して位置するように右のレンズ枠２１Ｒの右側内側に一体に取り付けられている。その表示バー１０の接眼窓４とは反対側の後端には反射鏡１１が配置され、その反射鏡１１に面して例えば有機ＥＬからなる表示パネル３が配置され、表示パネル３からの表示光は反射鏡１１で反射され表示バー１０中の光路を経てその先端に導かれ、図１に示したように、表示バー１０の先端に配置された反射部材６で光路が表示バー１０に対して略直角方向に曲げられ、表示バー１０先端側面の接眼窓４を経て眼球ＥＲに投影されることで、観察者が表示パネル３の虚像である空中像を拡大観察できるようになっている。なお、表示パネル３を駆動する駆動回路１２が表示パネル３近傍のレンズ枠２１Ｒ内に配置され、また、そのための電池／電源回路１３が反対側のレンズ枠２１Ｌ内に配置され、電池／電源回路１３と駆動回路１２は眼鏡フレーム中の図示されないリード線を通して結線されている。

そして、この実施例においては、表示バー１０先端の接眼窓４中央と右眼ＥＲの瞳孔中心を通る直線（すなわち、接眼窓４の光軸）を含む垂直図（図７の破線）を断面として、図１０（ａ）に図６（ａ）と同様の図に示すように、上部レンズ枠２１ＲＵの後端と下部レンズ枠２１ＲＬの後端とを結ぶ直線Ｌと眼鏡レンズ２０Ｒの後面（裏面）の間の空間内に表示バー１０の先端が位置するように配置されている。そのため、図１０（ａ）のように、この実施例の眼鏡型画像表示装置を観察者顔面Ｆに通常の状態で装着した場合は、表示バー１０の先端は観察者の眼球ＥＲにはもちろん、鼻Ｎにも、顔面Ｆにも接触することがなく、これらを傷つけることはない。そして、図１０（ｂ）に示すように、例えば眼鏡型画像表示装置の前方から矢印で示す様な力が加わってレンズ枠２１Ｒ（２１ＲＵ、２１ＲＬ）が顔面Ｆに接触しても、表示バー１０の先端は、眼球ＥＲ、鼻Ｎ、顔面Ｆ何れにも接触することにはならず、これらを傷つけることはなく、安全性の高いものである。

次に、本発明の眼鏡型画像表示装置の第２のタイプの基本原理を図１１、図１２を参照にして説明する。図１１は、眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）と対応する眼球ＥＲ（ＥＬ）の位置関係を示す図であり、図１１（ａ）はその側面図、図１１（ｂ）平面図である。左右の鼻当て２６Ｌ、２６Ｒの対称面（左右対称な眼鏡フレームの場合、その対称面）Ｓに平行な凌を持ち、かつ、眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）に外接する直方体をＴＲ（ＴＬ）とするとき、直方体ＴＲ（ＴＬ）を上下に二等分する平面をＡとする。眼鏡技術者は、装着者が遠方を向いているときの視軸が平面Ａに重なるよう、眼鏡フレームを調整する。さらに眼鏡技術者は、眼球ＥＲ（ＥＬ）の角膜Ｋと眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）の距離が１２〜１４ｍｍになるように眼鏡フレームを調整する。そして、眼球ＥＲ（ＥＬ）の回旋中心ＣＲ（ＣＬ）は角膜Ｋから内部に向かって約１３ｍｍの位置にある。また、人間の眼輻は標準で６５ｍｍであり、この眼輻に一致するように、左右の眼鏡レンズ２０Ｒ、２０Ｌの中心が調整される。したがって、眼球ＥＲ（ＥＬ）の回旋中心ＣＲ（ＣＬ）は、平面Ａ内で、かつ、対称面Ｓから３２．５ｍｍ離れた位置であって、眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）の後面（裏面）から１２ｍｍ＋１３ｍｍ＝２５ｍｍ離れた点に位置することになる。

視線をどの方向に向けても、眼球ＥＲは回線中心ＣＲ（ＣＬ）を中心に回転するので、この点ＣＲ（ＣＬ）を中心にして半径が１３ｍｍの球ＱＲ（ＱＬ）を描くと、この球ＱＲ（ＱＬ）の中に眼球ＥＲ（ＥＬ）は常に位置することになる。したがって、表示バー１０の先端（接眼窓４）をこの球ＱＲ（ＱＬ）と眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）の後面（裏面）の間の空間内に配置すると、眼球ＥＲ（ＥＬ）がどの方向に回旋しても眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端が接触して眼を傷つけることが防げる。なお、球ＱＲ（ＱＬ）の点ＣＲ（ＣＬ）を中心とする半径は１３ｍｍ＋２ｍｍ＝１５ｍｍとすると、眼鏡フレームの調整不良、歪みにも対応でき、より望ましい。

表示バー１０の先端の取り付け位置に関してもう１つの要件がある。図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の眼鏡型画像表示装置を観察者顔面Ｆに装着した場合の右側から見た側面図である。図中、Ｎは観察者の鼻、Ｆは観察者顔面、Ｍは観察者の耳、２０Ｒは眼鏡の右眼鏡レンズ、２４Ｒは右のテンプル、２６Ｒは右の鼻当てである。上記のように、眼鏡レンズ２０Ｒに外接する直方体ＴＲを設定したとき、左右両方の鼻当て２６Ｒ、２６Ｌの中心を通り直方体ＴＲ（ＴＬ）の後面（裏面）に垂直な平面をＡ’とするとき、表示バー１０の先端が平面Ａ’より上方に位置することが、後で詳しく説明するように、眼鏡に外力が加わった場合にも眼球ＥＲに表示バー１０の先端が接触して眼を傷つけることが防止され、安全性が高くなる。

以上のように、左右の鼻当て２６Ｌ、２６Ｒの対称面Ｓから３２．５ｍｍ離れ、かつ、対称面Ｓに平行な面と、対称面Ｓに平行な凌を持ち、かつ、眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）に外接する直方体ＴＲを上下に二等分する平面Ａとの交線上の、前記眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）の後面から２５ｍｍ離れた点ＣＲを中心にして半径が１３ｍｍの球面ＱＲと前記眼鏡レンズ２０Ｒ（２０Ｌ）の後面（裏面）の間に形成される空間内であって、左右両方の鼻当て２６Ｒ、２６Ｌの中心を通り直方体ＴＲ（ＴＬ）の後面（裏面）に垂直な平面Ａ’より上方の位置に表示バー１０の先端を配置することで、眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端（接眼窓４）が接触して眼を傷つけることを防止することができる。なお、上下方向は装着者の上下方向と一致する。

このような第２のタイプの本発明の眼鏡型画像表示装置の１実施例を図１３〜図１４に示す。図１３はその実施例の眼鏡型画像表示装置の平面図、図１４はその眼鏡型画像表示装置の後方から見た斜視図である。ただし、図１３は一部断面図として示してある。

この眼鏡型画像表示装置は通常の眼鏡と同様に、左右の眼鏡レンズ２０Ｌ、２０Ｒを備え、左右の眼鏡レンズ２０Ｌ、２０Ｒを保持するレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒ、左右のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒを繋ぐブリッジ２２、左右のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒのブリッジ２２とは反対側に一体に設けられたテンプル取り付け部２３Ｌ、２３Ｒ、左右のテンプル取り付け部２３Ｌ、２３Ｒにそれぞれ蝶番２５Ｌ、２５Ｒを介して折り畳み自在に取り付けられたテンプル２４Ｌ、２４Ｒ、ブリッジ２２近傍のレンズ枠２１Ｌ、２１Ｒに設けられた左右の鼻当て２６Ｌ、２６Ｒを備えて構成されている。

そして、本発明に基づき、図１のような表示バー１０が右の眼鏡レンズ２０Ｒの内側（後側）に眼鏡レンズ２０Ｒに近接して位置するように右のレンズ枠２１Ｒの右側内側に一体に取り付けられている。その表示バー１０の接眼窓４とは反対側の後端には反射鏡１１が配置され、その反射鏡１１に面して例えば有機ＥＬからなる表示パネル３が配置され、表示パネル３からの表示光は反射鏡１１で反射され表示バー１０中の光路を経てその先端に導かれ、図１に示したように、表示バー１０の先端に配置された反射部材６で光路が表示バー１０に対して略直角方向に曲げられ、表示バー１０先端側面の接眼窓４を経て眼球ＥＲに投影されることで、観察者が表示パネル３の虚像である空中像を拡大観察できるようになっている。なお、表示パネル３を駆動する駆動回路１２が表示パネル３近傍のレンズ枠２１Ｒ内に配置され、また、そのための電池／電源回路１３が反対側のレンズ枠２１Ｌ内に配置され、電池／電源回路１３と駆動回路１２は眼鏡フレーム中の図示されないリード線を通して結線されている。

そして、この実施例においては、左右の鼻当て２６Ｌ、２６Ｒから３２．５ｍｍ離れ、かつ、対称面Ｓに平行な面と、対称面Ｓに平行な凌を持ち、かつ、眼鏡レンズ２０Ｒに外接する直方体ＴＲを上下に二等分する平面Ａ（図１１）との交線上の、眼鏡レンズ２０Ｒの後面（裏面）から２５ｍｍ離れた点ＣＲを中心にして半径が１３ｍｍの球面ＱＲと眼鏡レンズ２０Ｒの後面（裏面）の間に形成される空間内であって、左右両方の鼻当て２６Ｒ、２６Ｌの中心を通り直方体ＴＲの後面（裏面）に垂直な平面Ａ’より上方の位置に表示バー１０の先端が位置するように配置されている。

以下、表示バー１０の先端がこのような位置関係で配置される場合に、眼鏡に外力が加わっても眼球ＥＲに表示バー１０の先端が接触して眼を傷つけることが防止されることを、図１５と図１６を参照にして説明する。図１５と図１６の何れの図も図１２と同様の図であり、図１５（ａ）に眼鏡に外力が加わった場合の移動方向を示す。本発明の眼鏡型画像表示装置のテンプル２４Ｒ（２４Ｌ）は観察者（装着者）の耳Ｍの付け根（×を〇で囲んだ位置）に掛かっているため、テンプル２４Ｒ（２４Ｌ）は下方（×を付けた矢印）へは移動せず、上方へのみ移動可能である。また、眼鏡型画像表示装置は、その前方に位置する鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）によって観察者（装着者）の鼻Ｎに当たって支えられているので、鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）は鼻Ｎの鼻筋に沿って移動可能であるが、鼻筋に食い込むような移動（×を付けた矢印）はしない。

したがって、図１５（ｂ）に示すように、テンプル２４Ｒ（２４Ｌ）の耳側に上方への外力が加わった場合、鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）を中心に矢印方向、図では時計回りに回転するが、表示バー１０の先端が鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）より上側（左右両方の鼻当て２６Ｒ、２６Ｌの中心を通り直方体ＴＲの後面（裏面）に垂直な平面Ａ’より上方）に位置することから、表示バー１０の先端と眼球ＥＲ（ＥＬ）の距離は広がる方向となるので、眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端が接触することはなく安全である。

また、図１５（ｃ）に示すように、眼鏡フレームの前方に下方への外力が加わった場合、鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）が鼻筋に沿って図では右下に移動するが、表示バー１０の先端と眼球ＥＲ（ＥＬ）の水平方向の距離は広がるので、眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端が接触することはなく安全である。

また、図１６（ａ）に示すように、眼鏡フレームに後方への外力が加わった場合、鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）が鼻筋に沿って図では左上に移動するが、表示バー１０の先端と眼球ＥＲ（ＥＬ）の垂直方向の距離は広がるので、眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端が接触することはなく安全である。

また、図１６（ｂ）に示すように、眼鏡フレームに前方へ押す外力が加わった場合、まず眼鏡フレーム全体は前方（顔面Ｆから遠ざかる方向）へ移動し、次に重力により鼻当て２６Ｒ（２６Ｌ）が鼻筋に沿って滑り落ちるため、図１５（ｃ）の場合と同様、表示バー１０の先端と眼球ＥＲ（ＥＬ）の水平方向の距離は広がるので、眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端が接触することはなく安全である。

また、図１６（ｃ）に示すように、眼鏡フレームの前方に上方への外力が加わった場合、耳Ｍの付け根（×を〇で囲んだ位置）を支点に眼鏡フレーム全体が上方向へ回転、図では反時計回りに回転し、表示バー１０の先端と眼球ＥＲ（ＥＬ）の垂直方向の距離は広がるので、眼球ＥＲ（ＥＬ）に表示バー１０の先端が接触することはなく安全である。

以上のように、本発明の眼鏡型画像表示装置に何れの方向の外力が加わっても、眼球ＥＲに表示バー１０の先端が接触して眼を傷つけることが防止される。

なお、以上の説明において、眼鏡レンズ２０Ｌ、２０Ｒは、近視用レンズ、遠視用レンズ、累進眼鏡レンズ、サングラス等の屈折力を持たないレンズの何れのものでもよい。さらに、前面（表面）、後面（裏面）が曲面に限らず平面を持つものでもよい。

以上、本発明の眼鏡型画像表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明で用いる表示バーの代表的なものの斜視図である。 図１の表示バーの平面図である。 図１の表示バーを観察者が装着したときの表示バー先端部と眼球の位置関係を示す図である。 本発明で用いる表示バーの変形例の斜視図である。 眼鏡レンズの外側に接眼窓保持部を取り付けて外界をシースルーしながら画像表示を可能にしている眼鏡型画像表示装置の斜視図である。 本発明の眼鏡型画像表示装置の第１のタイプの基本構成を説明するための図である。 本発明の第１のタイプの眼鏡型画像表示装置の１実施例の平面図である。 本発明の第１のタイプの眼鏡型画像表示装置の１実施例の斜視図である。 本発明の第１のタイプの眼鏡型画像表示装置の１実施例の後方から見た斜視図である。 本発明の第１のタイプの眼鏡型画像表示装置の安全性を説明するための図である。 本発明の眼鏡型画像表示装置の第２のタイプの基本原理を説明するための図である。 本発明の眼鏡型画像表示装置の第２のタイプの基本原理を説明するための図である。 本発明の第２のタイプの眼鏡型画像表示装置の１実施例の平面図である。 本発明の第２のタイプの眼鏡型画像表示装置の１実施例の後方から見た斜視図である。 本発明の第２のタイプの眼鏡型画像表示装置の安全性を説明するための図である。 本発明の第２のタイプの眼鏡型画像表示装置の安全性を説明するための図である。

符号の説明

Ｅ、ＥＲ、ＥＬ…眼球
Ｐ…瞳孔
Ｆ…顔面
Ｎ…鼻
Ｍ…耳
Ｌ…直線
Ｋ…角膜
Ｓ…対称面
ＴＲ、ＴＬ…直方体
Ａ…平面
Ａ’…直方体の後面に垂直な平面
ＣＲ、ＣＬ…回旋中心
ＱＲ、ＱＬ…球
２…接眼窓保持部
３…表示パネル
４…接眼窓
５…接眼レンズ
６…反射部材
７…屈折率分布型レンズ
１０…表示バー
１１…反射鏡
１２…駆動回路
１３…電池／電源回路
２０Ｒ、２０Ｌ…眼鏡レンズ
２１Ｒ、２１Ｌ…レンズ枠
２１ＲＵ、２１ＬＵ…上部レンズ枠
２１ＲＬ、２１ＬＬ…下部レンズ枠
２２…ブリッジ
２３Ｒ、２３Ｌ…テンプル取り付け部
２４Ｒ、２４Ｌ…テンプル
２５Ｒ、２５Ｌ…蝶番
２６Ｒ、２６Ｌ…鼻当て

Claims (6)

1. 少なくとも左右の一方の眼鏡レンズを備え、前記眼鏡レンズの周縁の上端と下端の少なくとも一方にレンズ枠を備え、前記眼鏡レンズの後面側に表示光を観察者眼球に投影する接眼窓が配置されており、前記接眼窓の光軸を含む垂直面内で、前記眼鏡レンズの周縁の上端のレンズ枠の後端と下端のレンズ枠の後端を結ぶ直線と前記眼鏡レンズの後面の間の空間、あるいは、前記眼鏡レンズのレンズ枠を備えない上端又は下端とレンズ枠を備えた下端又は上端のレンズ枠の後端を結ぶ直線と前記眼鏡レンズの後面の間の空間内に前記接眼窓が配置されていることを特徴とする眼鏡型画像表示装置。
2. 前接眼窓の使用者の視軸方向への投影断面の幅が４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の頭部装着型画像表示装置。
3. 少なくとも左右の一方の眼鏡レンズと、左右の鼻当てとを備え、前記左右の鼻当ての対称面から３２．５ｍｍ離れ、かつ、前記対称面に平行な面と、前記対称面に平行な凌を持ち、かつ、前記眼鏡レンズに外接する直方体を上下に二等分する平面との交線上の、前記眼鏡レンズの後面から２５ｍｍ離れた点を中心にして半径が１３ｍｍの球面と前記眼鏡レンズの後面の間に形成される空間内であって、前記左右の鼻当ての上下の中心を通り前記直方体の後面に垂直な平面より上方の位置に、表示光を観察者眼球に投影する接眼窓が配置されていることを特徴とする眼鏡型画像表示装置。
4. 前記接眼窓は表示バーの先端に配置されており、前記表示バーは、中空の筒部材あるいはロッド状の透明部材を備え、前記筒部材あるいは透明部材はその後端から入射した表示光を長手方向に導いてその先端に導く光路を形成するものであり、前記筒部材あるいは透明部材の先端近傍には反射部材が配置され、かつ、前記筒部材あるいは透明部材の先端には前記反射部材で光路が曲げられた表示光を観察者眼球に投影する接眼窓を備えており、前記接眼窓近傍又は前記筒部材あるいは透明部材の後端から先端に至る光路中に接眼光学系を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の眼鏡型画像表示装置。
5. 前記左右の鼻当ての対称面から３２．５ｍｍ離れ、かつ、前期対称面に平行な面と、前記対称面に平行な凌を持ち、かつ、前記眼鏡レンズに外接する直方体を上下に二等分する平面との交線上の、前記眼鏡レンズの後面から２５ｍｍ離れた点を中心にして半径が１５ｍｍの球面と前記眼鏡レンズの後面の間に形成される空間内に、前記表示バーの接眼窓を備えた先端が配置されていることを特徴とする請求項３記載の眼鏡型画像表示装置。
6. 前記表示バーの使用者の視軸方向への投影断面の幅が４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の頭部装着型画像表示装置。

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